重型柴油机进气系统的设计

重型柴油机进气系统的设计

采用替代性新能源和开发优化技术是降低重型柴油机排放的主要方式。进行替代性新能源的选取时，为了保证重型柴油机的动力性，替代性新能源的辛烷值（RON）需达到70%，统称此类燃料为RON70。为了保证替代性新能源的点火特性，采用部分预混压燃（PPCI）策略，该策略能够使燃料在燃烧前与空气更加充分地混合，在提高柴油机功率密度的同时可降低柴油机排放。为保证替代性新能源和新燃烧策略带来的益处，需要对柴油机的进气系统进行重新设计。

设计新的柴油机进气系统时，基于2013款康明斯ISX15重型柴油机的1-D发动机系统模型。设定该发动机共轨燃油喷射系统的喷射压力为250MPa、压缩比为17.3:1。选择标准超低硫柴油（ULSD）和正辛烷与正庚烷构成的RON70作为试验的两种燃料。为此，设计了两种进气系统：一种采用单级涡轮增压装置；另一种采用两级涡轮增压装置。利用商业化计算流体动力学（CFD）软件Converge，对之前建立的1-D发动机系统模型进行CFD分析。分析时，1-D发动机系统模型网格划分采用扇形网格，基本网格尺寸为1.4mm、最小网格尺寸为0.35mm，并采用自适应网格细化（AMR）技术。燃油喷射模型采用康明斯Xtra高压喷射共轨燃油系统的高保真液压模型，喷雾成形采用KH喷雾破碎模型，碳烟成形和氧化过程采用两步Hiroyasu-NSC模型模拟，模拟循环选择重型发动机排放测试循环。分析结果显示，所设计的两种进气系统均能够满足两种燃料的进气需求，且还能够满足废气再循环对氧气的需求。但是，采用单级涡轮增压装置的进气系统在高发动机转速下的性能更好，而其在低发动机转速下，由于较大的泵送损失，降低了进气性能。而采用两级涡轮增压装置的进气系统在低发动机转速和高发动机转速下的性能均较好。

Praveen Kumar et al.SAE 2017-01-0751.

编译：李臣